表层穿透雷达以其穿透介质实施观测的优良性能,正日益为人们所重视,在安检防暴、扫雷探测、无损评估(Nondestructive Evaluation,NDE)等诸多军事和民用场合得到了广泛应用。表层穿透雷达成像技术作为直观呈现探测结果、降低数据解译难度的重要手段,发展却相对滞后,离实用化的要求还有一定差距。本文提出了表层穿透雷达精细成像的概念,核心是高分辨成像、改善适应性以及增强稳健性,以期提高表层穿透雷达的成像性能,推动其实用化发展。本文研究表层穿透雷达精细成像技术,主要包括:表层穿透雷达成像基本原理、快速自聚焦方法和高分辨成像方法。首先,介绍表层穿透雷达成像机理。表层穿透雷达成像属于近场成像问题,因此基于平面波近似的成像算法并不适用,必须在充分考虑散射场的波动性的基础上研究成像算法。第二章利用波动方程,对波恩近似下的散射场表示形式进行分析,研究近场条件下的三维距离偏移算法和全息成像算法,并对算法性能和空间采样准则进行讨论。其次,研究表层穿透雷达快速自聚焦成像方法。在工程应用中,成像场景的参数常常难以准确获取,成像结果容易受参数误差影响而发生模糊、分辨率下降等问题。为增强成像算法对环境条件的适应性,减轻对人工干预的依赖,第三章研究了自动调整和修正成像参数以实现准确聚焦成像的方法。本文首先介绍基于幅度和的自聚焦算法,通过合理地选择聚焦度量来减少运算量,在最优化聚焦度量过程中搜索最优成像参数。然后,从信号的卷积退化模型来重新认识散焦问题,提出一种基于反卷积去除参数误差的影响来实现自聚焦的算法。最后,研究表层穿透雷达高分辨率成像技术。表层穿透雷达方位向分辨率通常受到合成孔径范围、工作频率等的制约,可以通过拓宽频谱支撑区的方法来提高成像分辨率。第四章研究了两种拓展频谱支撑区来提高成像分辨率的方法。一种是基于自回归模型的谱外推方法,利用线性预测模型来计算支撑区外的频谱成分,从而获取额外的带宽。另一种是反卷积校频谱均衡的高分辨成像方法,通过消除天线方向图对高频分量的抑制作用,均衡高低频成分,达到扩展支撑区宽度的目的。本文通过构建的实验系统收集实测数据验证了所研究的各种算法,实验结果显示这些算法对于提高成像质量起到了重要作用。本文所研究的表层穿透雷达精细成像技术,为提高表层穿透雷达成像性能、增强系统的适应性和稳健性打下了基础,推动了表层穿透雷达的实用化进程。